Номер 39.29, страница 147 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 39. Виды теплопередачи. Глава 6. Тепловые явления - номер 39.29, страница 147.

Рис. VI-8

39.29 [969] Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?

Решение

Пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами по сравнению с плотными материалами благодаря своей структуре. Эта структура представляет собой твердый каркас с большим количеством мелких, обычно замкнутых, пор, заполненных газом (чаще всего воздухом). Высокие теплоизоляционные характеристики обусловлены свойствами этого газа и особенностями теплопередачи в такой среде.

Главную роль в обеспечении низкой теплопроводности играет воздух, находящийся в порах. Воздух является очень плохим проводником тепла. Его коэффициент теплопроводности ($ \lambda_{воздуха} \approx 0.026 \frac{Вт}{м \cdot К} $) на порядки ниже, чем у твердых составляющих строительных материалов (например, у обычного силикатного кирпича $ \lambda_{кирпича} \approx 0.7-0.8 \frac{Вт}{м \cdot К} $).

Рассмотрим три механизма теплопередачи в пористом материале:

1. Теплопроводность. Передача тепла за счет теплопроводности в пористом материале происходит как через твердый каркас, так и через воздух в порах. Поскольку воздух обладает крайне низкой теплопроводностью, он создает значительное термическое сопротивление, замедляя перенос тепла. Тепловой поток через твердый каркас также снижается, так как поры прерывают сплошной путь для тепла, делая его более длинным и извилистым.

2. Конвекция. Конвекция — это перенос тепла за счет движения масс газа. В пористых материалах поры имеют очень малый размер, что препятствует свободному движению воздуха внутри них. В результате этого конвективные потоки, которые могли бы эффективно переносить тепло, практически не возникают. Таким образом, вклад конвекции в общую теплопередачу сводится к минимуму.

3. Излучение. Теплопередача лучистым способом (излучением) между стенками пор также имеет место, но при температурах, характерных для эксплуатации зданий, ее вклад в общий перенос тепла обычно невелик по сравнению с эффектом от подавления теплопроводности и конвекции.

Таким образом, наличие большого объема неподвижного воздуха в порах резко снижает общую (эффективную) теплопроводность материала. В плотных же материалах основной механизм теплопередачи — это теплопроводность через сплошное твердое тело, которая происходит гораздо интенсивнее.

Ответ: Пористые строительные материалы обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, так как их структура содержит множество мелких пор, заполненных воздухом. Воздух является очень плохим теплопроводником, а малый размер пор препятствует переносу тепла за счет конвекции (движения воздуха). В результате общая теплопроводность пористого материала оказывается значительно ниже, чем у плотного, сплошного материала.